专业技能（挖坑填坑）——Java核心基础知识，对集合、线程

熟悉Java核心基础知识，对集合、线程等都有了解，能运用模块化、面向对象的方式编程。

1.Java八种基本数据类型

Java的数据类型分为两大类：①基本数据类型 ②引用数据类型

1.重写和重载区别

重写：是子类对父类方法重写，要求方法名、参数列表、返回值类型与父类相同，修饰符访问权限要大于等于父类，抛出的异常小于等于父类。如果父类方法修饰符为private，那么子类就不能重写该方法。
重载：是同一类中，不同的函数使用相同 的函数名，要求方法名相同，参数类型个数顺序、返回值类型有不同。

2.==和 equals 的区别

==：对基本数据类型比较值是否相等；对引用数据类型比较地址是否相同。
equals：默认比较地址是否相同，对String、Integer、Date等对equals进行重写，可以比较内容是否相同。

3.接口和抽象类的区别

实现：抽象类的子类使用 extends 来继承；接口必须使用 implements 来实现接口。
类可以实现很多个接口；但是只能继承一个抽象类。
核心区别: 抽象类中可以包含普通方法和普通字段, 这样的普通方法和字段可以被子类直接使用(不必重写),
而接口中不能包含普通方法, 子类必须重写所有的抽象方法.

构造函数：抽象类可以有构造函数；接口不能有。

main 方法：抽象类可以有 main 方法，并且我们能运行它；接口不能有 main 方 法。

访问修饰符：接口中的方法默认使用 public 修饰；抽象类中的方法可以是任意访问修饰符

4.String、StringBuffer、StringBuilder区别

可变性：

String类中他使用的是字符数组保存字符串，所以String对象他是不可变的
StringBuffer、StringBuilder这两种是可变的

线程安全性：
String的对象他是不可变的，可就可以理解为是常量，线程是安全的。
StringBuffer对方法中加了同步锁或者对调用方法加了同步锁，所以线程是安全的。
StringBuilder并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的

性能：
每次对String类型进行改变的时候，都会生成一个String对象，这时候空指针会指向新的String对象。
操作少量的字符串 用String； 单线程下需要操作大量数据 用StringBuilder；多线程下需要操作大量数据 用StringBuffer

5.java几种关键字的区别

5.String 对象的创建

JDK7之后：

（1）有两种方式创建String对象：字面量赋值、new关键字

• 字面值创建：JVM首先检查字符串常量池中是否已经存在该字符串，如果存在 则直接返回字符串对象的引用，否则就创建一个新的字符串对象并放入字符串常量池中，最终将该对象的引用赋值给变量str。【字符串常量池中不会存储相同内容的字符串】
• 通过new关键字创建字符串对象：会先检查字符串常量池中是否有相同的字符串，如果有则拷贝一份放到堆中，然后返回堆中地址；如果没有 就先在字符串常量池中创建"abc"这个字符串，而后再复制一份放到堆中 并把堆地址返回给str。【字符串常量池和堆内存都会有这个对象】
• 方式一效率比方式二高。

（2） String str1="abc"和String str2=new String(“abc”)区别

• String str=“abc"创建了几个对象？ 0个 或 1个。如果字符串常量池中没有"abc”，则在常量池中创建"abc" 并让str引用指向该对象（1个）；如果字符串常量池中有"abc"，则一个都不创建 直接返回地址值给str（0个）
• String str=new String(“abc”)创建了几个对象？ 1个 或 2个。如果字符串常量池中没有"abc"，则在字符串常量池和堆内存中各创建一个对象，返回堆地址（2个）；如果常量池中有"abc"，则只在堆中创建对象并返回地址值给str（1个）。【new相当于在堆中新建了value值，每new一个对象就会在堆中新建，地址值也因此不同，堆中的value存储着指向常量池的引用地址】

（3）字符串拼接操作

• 常量 与 常量 的拼接结果在 常量池，原理是 编译期 优化；常量池 中不会存在相同内容的常量
• 只要其中一个是变量，结果就在堆中
• 变量拼接的原理 是StringBuilder
• 如果拼接的结果调用 intern() 方法，则主动将常量池中 还没有的字符串对象放入池中，并返回地址

（4）String类型变量+常量

String str1 = "str";
String str2 = "ing";
String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str4);//false
System.out.println(str3 == str5);//true——常量折叠，字符串常量池中同一个
System.out.println(str4 == str5);//false——两个引用在程序编译期是无法确定的所以无法常量折叠

（1）对于编译期可以确定值的字符串，也就是常量字符串 ，jvm 会将其存入字符串常量池。
对于 String str3 = “str” + “ing”; 编译器会给你优化成 String str3 = “string”; —— 这就是常量折叠。

只有编译器在程序编译期就可以确定值的常量才可以：

• 基本数据类型( byte、boolean、short、char、int、float、long、double)以及字符串常量。
• final 修饰的基本数据类型和
• 字符串变量字符串通过 “+”拼接得到的字符串、基本数据类型之间算数运算（加减乘除）、基本数据类型的位运算（<<、>>、>>> ）
  （2）引用的值在程序编译期是无法确定的，编译器无法对其进行优化。
  String str4 = str1 + str2实际上是通过 StringBuilder 调用 append() 方法实现的，拼接完成之后调用 toString() 得到一个 String 对象 。
  不过，在循环内使用“+”进行字符串的拼接的话，存在比较明显的缺陷：编译器不会创建单个 StringBuilder 以复用，会导致创建过多的 StringBuilder 对象。

String[] arr = {"he", "llo", "world"};
String s = "";
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    s += arr[i];
}
System.out.println(s);

上述代码：StringBuilder 对象是在循环内部被创建的，这意味着每循环一次就会创建一个 StringBuilder 对象。

String[] arr = {"he", "llo", "world"};
StringBuilder s = new StringBuilder();
for (String value : arr) {
    s.append(value);
}
System.out.println(s);

上述代码：如果直接使用 StringBuilder 对象进行字符串拼接的话，就不会存在这个问题了。

6.内部类

7.Java集合类有哪些

将一个类的定义放在里另一个类的内部，这就是内部类。
广义上我们将内部类分为四种：成员内部类、静态内部类、局部（方法）内部类、匿名内部类。

8.HashMap底层数据结构

HashMap核心知识，扰动函数、负载因子、扩容链表拆分
HashMap 的底层数据结构是哈希表（散列表），具体实现为数组+链表（JDK1.8前）或数组+链表+红黑树（JDK1.8及以后）
主要特点：

• 数组：用于存储桶（Bucket）的数组，每个桶要么存储一个元素（键值对），要么存储一个指向链表头结点的引用（哈希冲突时）
• 链表：用于解决哈希冲突，的那个多个键值对银蛇到数组的同一位置时，会形成一个链表。
• 红黑树：联保长度超过某个阈值（默认为8），链表会转换为红黑树以提高查找效率。红黑树是自平衡的二叉查找树，能保持较低的高度，从而减少查找时间。

工作流程：

9.List和Set的区别，以及底层数据结构实现

10.为什么arraylist检索快增删慢

1.检索快：

• 直接通过索引访问，因为数组内存地址联系，通过首地址+（元素长度*下标）就能计算出内存地址
• 时间复杂度低，查找的时间复杂度为O(1)

2.增删慢

• 需要移动元素，尤其是操作发生在列表开头或中间位置时，后续元素需要前移或后移，导致时间复杂度高。
• 当ArrayList容量不足时，需要扩容。扩容涉及创建新数组，然后间原数组复制到新数组中，时间复杂度O(n)且会导致内存碎片化。

3.删除的额外开销
删除元素使，还需要处理数组末尾的null元素???，以及可能的数组缩容

11.红黑树和链表的查询效率对比

BST(二叉搜索树),AVL(平衡二叉树)、RBT(红黑树)的区别

红黑树是自平衡二叉搜索树，通过一些列旋转和重新着色操作维护树的平衡性。
平衡性有一组规则来保证高度近似O(logn)，每个节点要么是红要么是黑，根节点是黑色，叶子结点是黑色（NIL节点、空节点）。
因此红黑树的查询时间复杂度为O(logn)
/
链表是线性数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表中每个元素通过指针链接，不支持索引访问元素，每次查询需要从头结点开始循序遍历，查询的时间复杂度O(logn)。

12.多线程下想用hashmap怎么办

多线程下使用HashMap可能会导致数据不一致问题，因为HashMap不是线程安全的。
（1）使用Java集合提供的Collection.synchronizedMap方法，使其成为一个线程安全的Map。
每次只能有一个线程访问Map，可能个会限制并发性。
（2）ConcurrentHashMap提供更高级的并发级别。内部使用分段锁（分段加锁，减少锁的竞争），使得多个线程可以同时读写不同的数据段，从而提高性能。
（3）使用读写锁来控制对Map的访问。这种锁允许多个读操作同时进行但写操作互斥。

常见多线程的使用方式（创建线程的方式）

1.继承Thread类

继承java.lang.Thread类并重写run()方法，可以创建一个新线程。
创建该类的实例并调用start()方法来启动线程。
优点：简单直观
缺点：Java不支持多重继承，如果类已经继承了另一个类，则无法再继承Thread类

class Grape extends Thread {    /**当某个类继承了Thread类后，就可以当作线程使用*/
    @Override
    public void run() {
    }
}
public class Thread_Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建线程对象
        Grape grape = new Grape();
        //启动线程！
        grape.start();
    }
}
 

2.实现Runnable接口

实现java.lang.Runnable接口并重写run()方法。
将任务实例传递给Thread类的构造器来创建线程对象，调用start()方法启动线程。
优点：避免java单继承的限制；线程与任务Runnable实例分离，便于任务的传递和共享。
缺点：相比继承Thread类 稍显复杂

class Fruit {}
class Apple extends Fruit implements Runnable { 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程是：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

public class Thread_Demo2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Apple apple = new Apple();
        //实例传递给Thread类的构造器来创建线程对象
        Thread thread = new Thread(apple);
        thread.start();

    }
}
 

3.使用Callable和Future

Callable接口类似于Runable，但它可以返回一个结果并可以抛出异常。Future接口用于表示异步计算的结果。
FutureTask是Future和Runnable之间的桥梁，它实现了Runnable并封装了Callable。
优点：可以返回执行结果和抛出异常。
缺点：需要处理Future的结果，可能会阻塞调用线程。

4.使用线程池ExecutorService

线程池是一种基于池化技术的多线程管理工具，可以重用线程，减少线程创建和销毁的开销，提高系统的相应速度和吞吐量。

• 实现Callable接口，需要返回值类型
• 重写call方法，需要抛出异常
• 创建目标对象
• 创建执行服务：ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(1);
• 提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);
• 获取结果：boolean r1 = result1.get();
• 关闭服务：ser.shutdownNow();

package Threads;
// Commons IO是针对开发IO流功能的工具类库
// FileUtils文件工具，复制url到文件
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;
// 线程创建方式三：实现callable接口
/*
callable的好处
1.可以定义返回值
2.可以抛出异常
*/
public class PictureDownloadCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url;//网络图片地址
    private String name;//保存的文件名

    public PictureDownloadCallable(String url, String name) {
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //下载图片线程的执行体
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
        return true;
    }
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        PictureDownloadCallable pd = new PictureDownloadCallable("https://pic1.zhimg.com/80/v2-674f0d37fca4fac1bd2df28a2b78e633_720w.jpg?source=1940ef5c", "图片1.jpg");
        PictureDownloadCallable pd2 = new PictureDownloadCallable("https://pic1.zhimg.com/80/2886e9751c3df175ecdfc423dfe18493_720w.jpg?source=1940ef5c", "图片2.jpg");
        PictureDownloadCallable pd3 = new PictureDownloadCallable("https://pic2.zhimg.com/80/4e509eaa6a6445c87af5ac335abbb090_720w.jpg?source=1940ef5c", "图片3.jpg");
        //创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(pd);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(pd2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(pd3);
        //获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        //关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
    //下载器
    class WebDownloader {
        //下载方法
        public void downloader(String url, String name) {
            try {
                FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));//把url变成文件，文件名为name的值
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("IO，异常，downloader方法出现问题");
            }
        }
    }
}

优点：提高了资源利用率和系统相应速度；便于管理和控制线程的生命周期。
缺点L需要合理配置线程池的参数，比如线程池大小、队列类型等以避免资源耗尽或性能瓶颈。

JDK 1.8运行时数据区域:

线程私有的：【它们的生命周期和线程相同，随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡。】

• 程序计数器
• 虚拟机栈( VM Stack）
• 本地方法栈

线程共享的：

• 堆（内含字符串常量池）
• 方法区
• 直接内存 (非运行时数据区的一部分)

堆

Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java 堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。Java 世界中“几乎”所有的对象都在堆中分配，但是，随着 JIT 编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。

方法区

方法区属于是 JVM 运行时数据区域的一块逻辑区域，是各个线程共享的内存区域。在不同的虚拟机实现上，方法区的实现是不同的。
当虚拟机要使用一个类时，它需要读取并解析 Class 文件获取相关信息，再将信息存入到方法区。
方法区会存储已被虚拟机加载的 类信息、字段信息、方法信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

字符串常量池

字符串常量池 是 JVM 为了提升性能和减少内存消耗针对字符串（String 类）专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。

直接内存

直接内存是一种特殊的内存缓冲区，并不在 Java 堆或方法区中分配的，而是通过 JNI 的方式在本地内存上分配的。
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用。而且也可能导致 OutOfMemoryError 错误出现。

虚拟机对象创建

1.类加载检查

• 虚拟机遇到一条 new 指令时，首先去检查指令的参数是否能在常量池中定位到这符号引用，并且检查引用代表的类是否被加载过、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。

2.分配内存
在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。
对象所需的内存大小在类加载完成后便可确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从 Java 堆中划分出来。
分配方式有 “指针碰撞” 和 “空闲列表” 两种，选择哪种分配方式由 Java 堆是否规整决定。
内存分配的两种方式 （补充内容，需要掌握）：

• 指针碰撞：
  • 适用场合：堆内存规整（即没有内存碎片）的情况下。
  • 原理：用过的内存全部整合到一边，没有用过的内存放在另一边，中间有一个分界指针，只需要向着没用过的内存方向将该指针移动对象内存大小位置即可。
  • 使用该分配方式的 GC 收集器：Serial, ParNew
• 空闲列表：
  • 适用场合：堆内存不规整的情况下。
  • 原理：虚拟机会维护一个列表，该列表中会记录哪些内存块是可用的，在分配的时候，找一块儿足够大的内存块儿来划分给对象实例，最后更新列表记录。
  • 使用该分配方式的 GC 收集器：CMS

内存分配并发问题（补充内容，需要掌握）
在创建对象的时候有一个很重要的问题，就是线程安全，因为在实际开发过程中，创建对象是很频繁的事情，作为虚拟机来说，必须要保证线程是安全的，通常来讲，虚拟机采用两种方式来保证线程安全：
. CAS+失败重试: CAS 是如果冲突失败就重试，直到成功为止。虚拟机采用 CAS 配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
. TLAB: 为每一个线程预先在 Eden 区分配一块儿内存，JVM 在给线程中的对象分配内存时，首先在 TLAB 分配，当对象大于 TLAB 中的剩余内存或 TLAB 的内存已用尽时，再采用上述的 CAS 进行内存分配

3.初始化零值
内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

4.设置对象头
将这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄等信息存放在对象头中。 另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

5.执行 init 方法
在上面工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从 Java 程序的视角来看，对象创建才刚开始， 方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以一般来说，执行 new 指令之后会接着执行 <init> 方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

对象的访问定位

建立对象就是为了使用对象，我们的 Java 程序通过栈上的 引用数据来操作堆上的具体对象。
对象的访问方式由虚拟机实现而定，目前主流的访问方式有：使用句柄、直接指针。

直接指针：
reference中存储的直接就是对象地址

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44040169/article/details/140063505

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